生物化学ii苏维恒糖酵解

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1、糖糖 代代 谢谢Chapter11 糖酵解作用糖酵解作用(Glycolysis)一、糖类基础知识回顾一、糖类基础知识回顾二、糖酵解作用的研究历史二、糖酵解作用的研究历史三、糖酵解过程概述三、糖酵解过程概述四、糖酵解和酒精发酵的全过程图解四、糖酵解和酒精发酵的全过程图解五、糖酵解第一阶段的反应机制五、糖酵解第一阶段的反应机制六、糖酵解第二阶段六、糖酵解第二阶段放能阶段的反应机制放能阶段的反应机制七、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算七、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算八、丙酮酸的去路八、丙酮酸的去路九、糖酵解作用的调节九、糖酵解作用的调节十、其他六碳糖进入糖酵解途径十、其他六碳糖进

2、入糖酵解途径糖代谢总论糖代谢总论Glycolysis is a Ubiquitous pathwayv 糖代谢包括分解代谢分解代谢和合成代谢合成代谢。v 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解代谢提供的。另一方面，糖分解的中间产物，又为生物体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳链骨架碳源或碳链骨架。v 植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化碳和水合成糖类化合物，即光合作用光合作用。光合作用将太阳能转变成化学能（主要是糖类化合物），是自然界规模最大的一种能量转换过程。新陈代谢与糖类的分解有密切的联系，因为糖新陈代谢与糖类的分解有密切的联系

3、，因为糖类的分解对生物体来讲，具重要的意义类的分解对生物体来讲，具重要的意义。1.1.糖类作为能源物质糖类作为能源物质 Energy stores(e.g.starch,glycogen).生物细胞的各种代谢活动，包括物质分解和合成都需要有足够的能量，其中ATPATP是糖类降解时通过氧化磷酸化作用而形成的最重要的能量载体物质能量载体物质。生物细胞只能利用高能化合物（主要是ATP）水解时释放的化学能来做功，以满足生长发育等所需要的能量消耗。2 2.作为合成生物体内重要代谢物质的碳架和前体作为合成生物体内重要代谢物质的碳架和前体 It provides precursors for the bio

4、synthesis of glucose,amino acids,nucleotides,fatty acids,sterols,heme groups,etc.葡萄糖、果糖等在降解过程中除了能提供大量能量外，其分解过程中还能形成许多中间产物或前体，生物细胞通过这些前体产物再去合成一系列其它重要的物质，包括：(1)乙酰辅酶乙酰辅酶A、氨基酸、核苷酸等，、氨基酸、核苷酸等，它们分别是合成脂肪、蛋白质和核酸等大分子物质的前体。(2)生物体内许多重要的次生代谢物、抗性物质，如生物碱、黄酮类生物体内许多重要的次生代谢物、抗性物质，如生物碱、黄酮类等物质，等物质，它们对提高植物的抗逆性（抗旱等）起着重要

5、的作用。次次生代谢物（生代谢物（secondary metabolites）是指某些植物或微生物生长到稳定期前后，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初生代谢物为前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的各种结构复杂的化合物。3.细胞中结构物质细胞中结构物质 Structural(e.g.Cellulose is the structural component of the primary cell wall of green plants,chitin in arthropod exoskeletons and fungal walls).如：植物细胞壁等是由纤维素、半纤维素、果胶质等物质组成；

6、甲壳质或几丁质为N-乙酰葡萄糖胺的同聚物，是组成虾、蟹、昆虫等外骨骼的结构物质。这些物质都是由糖类转这些物质都是由糖类转化物聚合而成。化物聚合而成。4.4.参与分子和细胞特异性识别参与分子和细胞特异性识别 Recognition of molecules outside a cell(e.g.attached to proteins or lipids on cell surface membrane).由寡糖或多糖组成的糖链常存在于细胞表面，形成糖脂和由寡糖或多糖组成的糖链常存在于细胞表面，形成糖脂和糖蛋白，参与分子或细胞间的特异性识别和结合，糖蛋白，参与分子或细胞间的特异性识别和结合，如抗

7、体和抗如抗体和抗原、激素和受体、病原体和宿主细胞、蛋白质和抑制剂等常通原、激素和受体、病原体和宿主细胞、蛋白质和抑制剂等常通过糖链识别后再进行结合。过糖链识别后再进行结合。糖与多糖糖与多糖v 糖类物质糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物；v 糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖单糖、寡糖和多糖；v 在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。单糖单糖（monosaccharide）是指最简单的糖，即在温和条件温和条件下不能再分解成更小的单体糖，如葡萄糖、果糖等。按碳原子的数目单糖又可分为三碳（丙）糖、四碳（丁）糖、五碳（戊）糖、六碳（已）糖、七

8、碳（庚）糖等。最简单的单糖是甘油醛和二羟基丙酮甘油醛和二羟基丙酮。单糖是构成各种糖分子的基本单位。v All but one carbon atom have an alcohol(OH)group attached.The remaining carbon atom has an aldehyde or ketone group attached.v Trioses:(e.g.glyceraldehydes),intermediates in respiration and photosynthesis.v Tetroses:rare.v Pentoses:(e.g.ribose),used

9、 in the synthesis of nucleic acids(RNA and DNA),co-enzymes(NAD,NADP,FAD)and ATP.v Hexoses:(e.g.glucose,fructose),used as a source of energy in respiration and as building blocks for larger molecules.v 重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。OOHHHHOHOHHOHHOHOOHHHOHHOHHOHHOH-D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖-D-吡喃半乳糖吡喃半乳糖单糖的

10、结构单糖的结构OOHOHHHOHOHHHHOHOOHHOHOHHHOHOH-D-吡喃甘露糖吡喃甘露糖-D-呋喃果糖呋喃果糖Ring form:Due to the bond angles between the carbon atoms,it is possible for pentoses and hexoses to form stable ring structures.The carbon atoms are numbered 1 to 5 in pentoses and 1 to 6 in hexoses.Depending on the orientation of the OH

11、group on carbon 1,the monosaccharide can have either or configurations.。-与与-的区别在于半缩醛羟基的方位，半缩羟基与的区别在于半缩醛羟基的方位，半缩羟基与 C-6 的的 CH2OH 在环的在环的平面同一方为平面同一方为，不在平面同一方为，不在平面同一方为。v These are formed when two monosaccharides are condensed together.One monosaccharide loses an H atom from carbon atom number 1 and the

12、 other loses an OH group from carbon 4 to form the bond.v The reaction,which is called a condensation reaction,involves the loss of water(H2O)and the formation of an 1,4-glycosidic bond.Depending on the monosaccharides used,this can be an-1,4-glycosidic bond or a-1,4-glycosidic bond.Disaccharide 麦芽糖

13、麦芽糖-葡萄糖（葡萄糖（1414）葡萄糖苷）葡萄糖苷寡糖（二糖）寡糖（二糖）maltose is the first product of starch digestion and is further broken down to glucose before absorption in the human gut.蔗蔗 糖糖OOOCH OH2CH OH2OHOHOHOHHOCH OH2HHHHHHH-葡萄糖葡萄糖（12）-果糖苷果糖苷Sucrose is used in many plants for transporting food reserves,often from the le

14、aves to other parts of the plant.乳乳 糖糖OOOCH OH2CH OH2OHOHOHOHOHHOHHHHHHHHHH乳糖（乳糖（半乳糖半乳糖-1,4-1,4-葡萄糖）葡萄糖）Lactose is the sugar found in the milk of mammals(1).(1).淀粉（分为淀粉（分为直链淀粉和支链淀粉直链淀粉和支链淀粉）v直链淀粉分子量约直链淀粉分子量约1万万-200万，万，250-260个葡萄糖个葡萄糖分子，以分子，以（14）糖苷键）糖苷键聚合而成。呈螺旋结聚合而成。呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。构，遇碘显紫蓝色。v支链淀粉中除了支链淀粉

15、中除了（14）糖苷键构成糖链以外，）糖苷键构成糖链以外，在支点处存在在支点处存在（16）糖苷键，分子量较高。）糖苷键，分子量较高。遇碘显紫红色。遇碘显紫红色。多多 糖糖v 淀粉是白色无定形粉末，由直链淀粉（占淀粉是白色无定形粉末，由直链淀粉（占1030%1030%）和支）和支链淀粉（占链淀粉（占7090%7090%）组成。）组成。v 直链淀粉能溶于热水而不呈糊状，支链淀粉不溶于水，热直链淀粉能溶于热水而不呈糊状，支链淀粉不溶于水，热水与之作用则膨胀而成糊状。水与之作用则膨胀而成糊状。v 溶于水的直链淀粉呈弯曲形式，并借分子内氢键卷曲成螺溶于水的直链淀粉呈弯曲形式，并借分子内氢键卷曲成螺旋状。这

16、时加入碘酒，其中碘分子便钻入螺旋当中空隙，旋状。这时加入碘酒，其中碘分子便钻入螺旋当中空隙，并借助范得华力与直链淀粉联系在一起，从而形成络合物。并借助范得华力与直链淀粉联系在一起，从而形成络合物。这种络合物能比较均匀地吸收除蓝光以外的其它可见光这种络合物能比较均匀地吸收除蓝光以外的其它可见光（波长范围为（波长范围为400750nm400750nm），从而使淀粉变为深蓝色。），从而使淀粉变为深蓝色。淀淀 粉粉直链：直链：a-1,4-a-1,4-糖苷键糖苷键分支点：分支点：a-1,6-a-1,6-糖苷键糖苷键a-1,4-a-1,4-糖苷键糖苷键a-1,6-a-1,6-糖苷键糖苷键(2)纤维素由葡萄

17、糖以由葡萄糖以（1 14 4）糖苷键连接而成的直链，不溶于水。）糖苷键连接而成的直链，不溶于水。(3)几丁质（壳多糖）N-N-乙酰乙酰-D-D-葡萄糖胺，以葡萄糖胺，以（1 14 4）糖苷键缩合而成的线）糖苷键缩合而成的线性均一多糖。性均一多糖。几丁质几丁质多糖和寡聚糖的酶促降解多糖和寡聚糖的酶促降解 多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，称为吸收利用，称为糖化糖化。淀粉分解有两条途径淀粉分解有两条途径：水解水解 产生葡萄糖产生葡萄糖 磷酸解磷酸解 产生磷酸葡萄糖产生磷酸葡萄糖 以磷酸代替水使淀粉分解形成1-磷酸葡萄糖的过程称淀粉的磷酸解，它是细胞内

18、多糖的主要降解方式。a-a-淀粉酶淀粉酶：（：（a-1,4-a-1,4-葡聚糖水解酶）葡聚糖水解酶）可水解可水解a-1,4-a-1,4-糖苷键，所以又称为糖苷键，所以又称为内切淀粉酶内切淀粉酶。该。该酶对非还原末端的酶对非还原末端的5 5个葡萄糖基不发生作用，个葡萄糖基不发生作用，CaCa2+2+需要。需要。(1)(1)淀粉酶：淀粉酶：（amylase)参与淀粉水解的酶主要有三种：参与淀粉水解的酶主要有三种：淀粉酶、脱支酶、麦芽糖酶淀粉酶、脱支酶、麦芽糖酶 -淀粉酶淀粉酶：也水解也水解a-1,4-a-1,4-糖苷键，但须从非还原末端开始切，糖苷键，但须从非还原末端开始切，每次切下两个葡萄糖基每

19、次切下两个葡萄糖基。又称为外切淀粉酶。又称为外切淀粉酶。(2)(2)脱支酶脱支酶(R-(R-酶酶)：（a-1,6-a-1,6-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 Glucosidase）水解水解a-1,6-a-1,6-糖苷键糖苷键，但只能作用于外围的这种，但只能作用于外围的这种键，而不能水解内部的分支。键，而不能水解内部的分支。植物体内的麦芽糖酶通常与淀粉酶同时存在，植物体内的麦芽糖酶通常与淀粉酶同时存在，并配合使用，从而使淀粉彻底水解成葡萄糖。并配合使用，从而使淀粉彻底水解成葡萄糖。(3)(3)麦芽糖酶：麦芽糖酶：maltaseHydrolysis of glycogen and starch by-am

20、ylase and-amylase小肠中各种糖类水解酶的作用小肠中各种糖类水解酶的作用麦芽糖麦芽糖2 2 葡萄糖葡萄糖麦芽糖酶麦芽糖酶蔗蔗 糖糖葡萄糖葡萄糖 +果糖果糖蔗蔗 糖糖 酶酶乳乳 糖糖葡萄糖葡萄糖 +半乳糖半乳糖乳糖酶乳糖酶线形寡糖线形寡糖-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶葡萄糖葡萄糖异麦芽糖、异麦芽糖、-极限糊精极限糊精糊精酶、糊精酶、脱支酶脱支酶葡萄糖葡萄糖StoragePentose phosphate pathway GlycolysisGlycogen,Starch,SucrosePyruvateRibose 5-phosphate葡萄糖的主要代谢途径葡萄糖的主要代谢途径葡萄糖葡萄糖丙

21、酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径糖酵解糖酵解（有氧）（有氧）（无氧）（无氧）三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）糖异生糖异生葡萄糖的分解代谢葡萄糖的分解代谢生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有三条途径：1.无无O2情况下，葡萄糖（情况下，葡萄糖（G）丙酮酸（丙酮酸（Pyr）乳酸（乳酸（Lac）2.有有O2情况下，情况下，G CO2+H2O（经三羧酸循环）（经三羧酸循环）3.有有O2情况下，情况下，G CO2+H2O（经磷酸戊糖途径）（经磷酸戊糖途径）二、二、糖酵解糖酵解（glycol

22、ysis）1 1、化学历程和催化酶类、化学历程和催化酶类2 2、化学计量和生物学意义、化学计量和生物学意义 糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATPATP生成的一系生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作也称作Embden-MeyethofEmbden-Meyethof途径，以纪念途径，以纪念E Embdenmbden和和M Mayerholf ayerholf。糖酵解是最早阐明的酶促反应系统，所有生物体共同经糖酵解是最早阐明的酶促反应系统，所有生物体共同经历的葡萄糖分解代谢前

23、期途径，也是有些生物在供氧不足历的葡萄糖分解代谢前期途径，也是有些生物在供氧不足的条件下为机体提供能量，供应急需要。的条件下为机体提供能量，供应急需要。Glycolysisv Glycolysis is an almost universal central pathway of glucose catabolism,the pathway with the largest flux of carbon in most cells.v In some mammalian tissues(erythrocytes 红细胞红细胞,renal medulla,brain,sperm),the gly

24、colytic breakdown of glucose is the sole source of metabolic energy.v Some of the starch-storing tissues,like potato tubers,and some aquatic plants derive most of their energy from glycolysis.v Many anaerobic microorganisms are entirely dependent on glycolysis.The Development of Biochemistry and the

25、 Delineation of Glycolysis Went Hand by Handv 1854-1864 Louis Paster “microorganism”and“ferment”v 1897,Edward and Hans Buchner(Germany),accidental observation:sucrose(as a preservative)was rapidly fermented into alcohol by cell-free yeast extract.No live yeast！But low activity.Glucose Alcohol+CO2v T

26、he accepted view that fermentation is inextricably tied to living cells(i.e.,the vitalistic dogma)was shaken and Biochemistry was born:Metabolism became chemistry!v 1900s,(Arthur Harden and William Young)Pi was needed for yeast juice to ferment glucose,a hexose diphosphate(fructose 1,6-bisphosphate)

27、was isolated.then Fructose-6-P and Glucose-6-P was isolated.Louis PasteurLouis Pasteur was born in 1822 France.His discovery that most infectious diseases are caused by germs,known as the germ theory of disease,is one of the most important in medical history.His work became the foundation for the sc

28、ience of microbiology,and a cornerstone of modern medicine.Each discovery in the body of Pasteurs work represents a link in an uninterrupted chain,beginning with molecular asymmetry and ending with his rabies prophylaxis,by way of his research in fermentation,silkworm,wine and beer diseases,asepsis

29、and vaccines.1.In 1847 at the age of 26,Pasteur did his first work on molecular asymmetry.He formulated a fundamental law:asymmetry differentiates the organic world from the mineral world.In other words,asymmetric molecules are always the product of life forces.His work became the basis of a new sci

30、ence-stereochemistry.2.He soon demonstrated that each sort of fermentation is linked to the existence of a specific microorganism or ferment-a living being that one can study by cultivation in an appropriate,sterile medium.This insight is the basis of microbiology.he discovered the existence of life

31、 without oxygen:“Fermentation is the consequence of life without air”.The discovery of anaerobic life paved the way for the study of germs that cause septicemia（败（败血症）血症）and gangrene（坏疽）（坏疽）,among other infections.Thanks to Pasteur,it became possible to devise techniques to kill microbes and to cont

32、rol contamination.3.each disease is caused by a specific microbe and that these microbes are foreign elements.With this knowledge,Pasteur was able to establish the basic rules of sterilization or asepsis.Preventing contagion and infection,his method of sterilization revolutionized surgery and obstet

33、rics.4.From 1877 to 1887,Pasteur employed these fundamentals of microbiology in the battle against infectious diseases.He went on to discover three bacteria responsible for human illnesses:staphylococcus,streptococcus and pneumococcus.5.Louis Pasteur discovered the method for the attenuation of viru

34、lent microorganisms that is the basis of vaccination.After mastering his method of vaccination,he applied this concept to rabies.On July 6,1885,Pasteur tested his pioneering rabies treatment on man for the first time:the young Joseph Meister was saved.6.On March 1,1886,Pasteur presented the results

35、of his rabies treatment to the Academy of Sciences and called for the creation of a rabies vaccine center.An extensive,international public drive for funds financed the construction of the Pasteur Institute,a private,state-approved institute recognized by the President of France in 1887.v 1900s,Arth

36、ur Harden and William Young(Great Britain)separated the yeast juice into two fractions:one heat-labile,nondialyzable zymase(enzymes)and the other heat-stable,dialyzable cozymase(metal ions,ATP,ADP,NAD+).v 1910s-1930s,Gustav Embden and Otto Meyerhof(Germany),studied muscle and its extracts:Reconstruc

37、ted all the transformation steps from glycogen to lactic acid in vitro;revealed that many reactions of lactic acid(muscle)and alcohol(yeast)fermentations were the same!Discovered that lactic acid is reconverted to carbohydrate in the presence of O2(gluconeogenesis);observed that some phosphorylated

38、compounds are energy-rich.The whole pathway of glycolysis(Glucose to pyruvate)was elucidated by the 1940s葡萄糖的主要代谢途径葡萄糖的主要代谢途径葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径糖酵解糖酵解（有氧）（有氧）（无氧）（无氧）三羧酸三羧酸循环循环（有氧或无氧）（有氧或无氧）糖异生糖异生糖酵解作用糖酵解作用 糖酵解是葡萄糖通过一系列的生化反应，糖酵解是葡萄糖通过一系列的生化反应，逐步氧化成小分子化合物，并释放出能量合成逐步氧化

39、成小分子化合物，并释放出能量合成ATPATP的过程。糖酵解途径从葡萄糖开始，到生成的过程。糖酵解途径从葡萄糖开始，到生成2 2分子丙酮酸为止，在途径的前期消耗分子丙酮酸为止，在途径的前期消耗2 2分子分子ATPATP，后期合成后期合成4 4分子分子ATPATP，所以途径运行的结果，所以途径运行的结果，1 1分分子葡萄糖可以产生子葡萄糖可以产生2 2分子分子ATPATP。无氧呼吸无氧呼吸 糖酵解途径是呼吸途径的一部分，其产物糖酵解途径是呼吸途径的一部分，其产物丙酮酸有多种去向，在酵母菌中，丙酮酸转变丙酮酸有多种去向，在酵母菌中，丙酮酸转变成乙醇和成乙醇和CO2CO2；在肌肉中，丙酮酸转变成乳酸。

40、；在肌肉中，丙酮酸转变成乳酸。从丙酮酸到乙醇及从丙酮酸到乳酸的代谢途径从丙酮酸到乙醇及从丙酮酸到乳酸的代谢途径是在无氧条件下进行的，所以把糖酵解途径加是在无氧条件下进行的，所以把糖酵解途径加上丙酮酸转变成乙醇或乳酸称为上丙酮酸转变成乙醇或乳酸称为无氧呼吸。无氧呼吸。C6H12O6-2（2H）2CH3COCOOH（Pyr）2CH3CH(OH)COOH+2(2H)-2CO2酵解酵解 Glycolysis2CH3CHO2CH3CH2OH生醇发酵生醇发酵Fermentation有氧呼吸有氧呼吸 在有氧条件下，丙酮酸进入柠檬酸循环途径，在有氧条件下，丙酮酸进入柠檬酸循环途径，在柠檬酸途径中彻底氧化成在柠

41、檬酸途径中彻底氧化成CO2。柠檬酸途径中产。柠檬酸途径中产生的生的NADH进入呼吸电子传递链，在呼吸电子传递进入呼吸电子传递链，在呼吸电子传递链中产生大量的链中产生大量的ATP，最终将，最终将NADH中的电子交给中的电子交给O2，生成，生成H2O。所以把糖酵解途径、柠檬酸循环加。所以把糖酵解途径、柠檬酸循环加上呼吸电子传递链合称为上呼吸电子传递链合称为有氧呼吸途径。有氧呼吸途径。三、糖酵解过程概述三、糖酵解过程概述 由葡萄糖经历丙酮酸最后生成乳酸，称为酵解由葡萄糖经历丙酮酸最后生成乳酸，称为酵解过程，其碳原子的变化可作如下概括：过程，其碳原子的变化可作如下概括：C CC CC CC CC CC

42、 CC CC CC+CC+CC CC C1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6葡萄糖（六碳糖）葡萄糖（六碳糖）三碳糖三碳糖 三碳糖三碳糖 CHCH3 3CH(OH)COOCH(OH)COO +CH+CH3 3CH(OH)COOCH(OH)COO 1 1 2 3 2 3 6 5 6 5 4 4 乳酸乳酸 乳酸乳酸（酵解过程）酵解过程）发酵过程发酵过程 由葡萄糖经历丙酮酸最后生成乙醇，称为发酵由葡萄糖经历丙酮酸最后生成乙醇，称为发酵过程，其碳原子的变化可作如下概括：过程，其碳原子的变化可作如下概括：C CC CC CC CC CC CC CC

43、CC+CC+CC CC C1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6葡萄糖（六碳糖）葡萄糖（六碳糖）三碳糖三碳糖 三碳糖三碳糖 CHCH3 3CHCH2 2OH+COOH+CO2 2+CH+CH3 3CHCH2 2OH+COOH+CO2 2 1 1 2 3 2 3 6 6 5 5 4 4 乙醇乙醇 乙醇乙醇酵解途径的能量代谢酵解途径的能量代谢 从能量的观点出发，可以将酵解过程划分为两个方面，从能量的观点出发，可以将酵解过程划分为两个方面，一方面从葡萄糖转变为乳酸是物质的分解过程，伴有自由能的一方面从葡萄糖转变为乳酸是物质的分解过程，伴有自由能的

44、释放。另一方面有释放。另一方面有ATPATP的合成，这是吸收能量的过程。的合成，这是吸收能量的过程。葡萄糖葡萄糖 2乳酸乳酸 G10=196.7kj/mol2ADP+2Pi 2ATP+2H2O G20=61.1kj/mol 总能量变化为总能量变化为 G0=G10+G20=135.6kj/mol其中由其中由ATP捕获的能量的比例为捕获的能量的比例为 61.1/196.7 100%=31%四、糖酵解全过程图解四、糖酵解全过程图解 糖酵解途径中磷酸化中间产物的意义糖酵解途径中磷酸化中间产物的意义 应该引起注意的是，糖酵解过程中由葡萄糖到所有应该引起注意的是，糖酵解过程中由葡萄糖到所有的中间产物都是以

45、磷酸化合物的形式反应的。中间产物磷的中间产物都是以磷酸化合物的形式反应的。中间产物磷酸化至少有三种意义：酸化至少有三种意义：带有负电荷的磷酸基团使中间产物具有极性，从而使这带有负电荷的磷酸基团使中间产物具有极性，从而使这些产物不易透过脂膜而失散；些产物不易透过脂膜而失散；磷酸基团在各反应步骤中，对酶来说，起到信号基团的磷酸基团在各反应步骤中，对酶来说，起到信号基团的作用，有利于与酶结合而被催化；作用，有利于与酶结合而被催化；磷酸基团经酵解作用后，最终形成磷酸基团经酵解作用后，最终形成ATPATP的末端磷酸基团，的末端磷酸基团，因此具有保存能量的作用。因此具有保存能量的作用。The overal

46、l glycolysis can be divided into two phasesv The hexose is first phophorylated(thus activated)and then cleaved to produce two three-carbon intermediates at the preparatory phase,consuming ATP.v The three-carbon intermediates are then oxidized during the payoff phase,generating ATP and NADH.EMPEMP的化学

47、历程的化学历程6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-3-磷酸磷酸甘油甘油醛醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 2 1 1，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 2 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2 2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 2 丙酮酸丙酮酸第第一一阶阶段段第第二二阶阶段段葡萄糖葡萄糖准备阶段准备阶段丙酮酸和丙酮酸和ATPATP生成的生成的过程过程GrouptransferIsomerizationGrouptransfercleavageIsomerization DehydrogenationGroup

48、transferGroup shift DehydrationGrouptransfer五、糖酵解第一阶段的反应五、糖酵解第一阶段的反应1.phosphorylation of glucoseHexokinase(also glucokinase in liver)catalyzes the first phosphorylation reaction on the pathway.这是酵解过程中的这是酵解过程中的第一个调节酶第一个调节酶辅因子：镁离子辅因子：镁离子Mg2+糖酵解准备阶段的第一个步骤是将葡萄糖磷酸化，糖酵解准备阶段的第一个步骤是将葡萄糖磷酸化，利用存利用存在在于大部分动植物及微

49、生物细胞内的于大部分动植物及微生物细胞内的己糖激酶己糖激酶所所催化反应，此反应的标准自由能变化催化反应，此反应的标准自由能变化为为G0=-4千卡千卡/摩摩尔，故这在胞内情况是不可逆的反应，将尔，故这在胞内情况是不可逆的反应，将葡萄糖葡萄糖在在6 6号号C C处被处被ATPATP磷酸化，产生磷酸化，产生葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸。作用机制作用机制v 这是一个这是一个磷酸基团转移反应磷酸基团转移反应，即，即ATPATP的的r r磷酸基团在己糖磷酸基团在己糖激酶的催化下，转移到葡萄糖分子上。激酶的催化下，转移到葡萄糖分子上。v 葡萄糖葡萄糖C6C6上的羟基上的羟基O O上的一对孤电子向上的一对孤

50、电子向Mg-ATPMg-ATP的的r-Pr-P进攻，进攻，r-Pr-P具有亲电子是由于具有亲电子是由于MgMg吸引了吸引了ATPATP上磷酸基团的两个上磷酸基团的两个O O的负的负电荷，结果是促使电荷，结果是促使r-Pr-P与与b-Pb-P之间氧桥所共有的电子对向之间氧桥所共有的电子对向O O转转移，移，ATPATP上上r-Pr-P与氧桥断键，并与葡萄糖结合成与氧桥断键，并与葡萄糖结合成G-6-PG-6-P。v 激酶激酶：能够在：能够在ATPATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶。酸基团的一类酶。v 肝脏中存在一种专一性强的肝脏中存在一种专

51、一性强的葡萄糖激酶葡萄糖激酶，对于维持血糖的，对于维持血糖的恒定起作用。恒定起作用。己糖激酶和葡萄糖激酶己糖激酶和葡萄糖激酶催化这个反应的酶有催化这个反应的酶有己糖激酶己糖激酶和和葡萄糖激酶葡萄糖激酶。a)己糖激酶以六碳糖为底物，其专一性不强，不仅可以作用于葡萄糖，还可以作用于D-果糖和D-甘露糖。v 己糖激酶像其他激酶一样，需要Mg2+或其他二价金属离子活化。实际上Mg2+与ATP形成的复合物才是酶的真正底物。b)葡萄糖激酶：存在于肝细胞中。它对D-葡萄糖有特异活性。v 肌肉己糖激酶对D-葡萄糖的Km值为0.1mM，肝葡萄糖激酶的Km约为10mM。细胞内葡萄糖浓度通常为5mM，此时己糖激酶的

52、酶促反应已达最大速度，而葡萄糖激酶仍不活跃。只有当进食后，肝细胞内葡萄糖浓度高时葡萄糖激酶才起作用，将葡萄糖转化为G-6-P，再以糖原形式贮存于细胞中。v 葡萄糖激酶是一个诱导酶，由胰岛素促使其合成。HKHK与与G G结合的诱导契合作用：结合的诱导契合作用：The conformation of hexokinase changes markedly on binding glucose(shown in red).The two lobes of the enzyme come together and surround the substrate.X-X-晶体衍射研究表明，在己糖激酶催化晶

53、体衍射研究表明，在己糖激酶催化反应时有构象变化，其变化大致是，酶反应时有构象变化，其变化大致是，酶与葡萄糖结合时，与葡萄糖结合时，结合裂缝两侧结合裂缝两侧的酶叶的酶叶关紧，糖被酶蛋白环绕造成关紧，糖被酶蛋白环绕造成非极性非极性环境，环境，从而促使从而促使ATPATP的磷酰基转移，防止水作的磷酰基转移，防止水作为底物攻击为底物攻击ATPATP。这种底物诱导的裂缝。这种底物诱导的裂缝关闭现象是激酶的共同特性。关闭现象是激酶的共同特性。酶的别构（变构）效应示意图酶的别构（变构）效应示意图效应剂效应剂别别构构中中心心活性活性中心中心己糖激酶是一个己糖激酶是一个别构酶别构酶，被其产物被其产物G-6-PG

54、-6-P强烈抑制强烈抑制。它。它催化的反应是酵解中第一个调节步骤。催化的反应是酵解中第一个调节步骤。2.Isomerization of glucose 6-phosphatev Phosphohexose isomerase(also called phosphoglucose isomerase)catalyzes the isomerization from glucose 6-P to fructose 6-P,converting an aldose to a ketose.这个同分异构化反应由葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶催化催化。v 葡萄糖葡萄糖C1C1上的羰基，不像上的羰基，不像C6

55、C6上羟基那样容易磷酸化，上羟基那样容易磷酸化，将羰基从将羰基从C1C1转移到转移到C2C2，是葡萄糖分子由，是葡萄糖分子由醛式变为酮式醛式变为酮式，C1C1形成了自由羟基形成了自由羟基,更容易在下一个反应中磷酸化。v 由于此反应标准自由能变化很小，反应是可逆的。反应方向由底物和产物的量来控制。v 该酶的活性部位的催化残基为赖氨酸和组氨酸，催化该酶的活性部位的催化残基为赖氨酸和组氨酸，催化的实质为的实质为酸碱催化机制酸碱催化机制。反应需要Mg+，形成一个烯醇中间物。v 磷酸葡萄糖异构酶有绝对的专一性和立体专一性，磷酸葡萄糖异构酶有绝对的专一性和立体专一性，6-6-磷酸葡糖酸等都是它的抑制剂。磷

56、酸葡糖酸等都是它的抑制剂。3.Phosphorylation of fructose 6-phosphate:the first committed step in glycolysis vPhosphofructokinase-1(PFK-1,磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1)then catalyzes the second phosphorylation step,converting fructose 6-P to fructose 1,6-bisphosphate;the overall rate of glycolysis is mainly controlled at this st

57、ep;PFK-1 is a highly regulatory enzyme;the plant PFK-1 makes use of Pi,instead of ATP at this step.（三）果糖（三）果糖-6-磷酸形成果糖磷酸形成果糖-1,6-二磷酸二磷酸 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶Mg 2+果糖果糖-6-6-磷酸磷酸 果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸 这一步反应是酵解中的关键反应步骤，反应是放能的，在体内是这一步反应是酵解中的关键反应步骤，反应是放能的，在体内是不可逆的。不可逆的。磷酸果糖激酶是酵解限速酶磷酸果糖激酶是酵解限速酶。磷酸果糖激酶是分子量为磷酸果糖激酶是分子量为

58、360000360000的四聚体。它是一个别构酶，的四聚体。它是一个别构酶，ATPATP，柠檬酸，脂肪酸对此酶有抑制效应。柠檬酸，脂肪酸对此酶有抑制效应。AMPAMP，ADPADP或无机磷可消除抑制，或无机磷可消除抑制，增加酶的活性。增加酶的活性。糖酵解过程的第二个调节酶糖酵解过程的第二个调节酶也是酵解中的限速酶也是酵解中的限速酶限速酶限速酶 /关键酶关键酶(rate-limiting enzyme/key enzyme)1.催化非可逆反应特特点点2.催化效率低3.受激素或代谢物的调节4.常是在整条途径中催化初始反应的酶5.活性的改变可影响整个反应体系的速度和方向EMEM途径的限速酶：磷酸果糖

59、激酶途径的限速酶：磷酸果糖激酶v 磷酸果糖激酶是一种磷酸果糖激酶是一种变构酶变构酶，受很多因素的控制：，受很多因素的控制：v 如：肝中的磷酸果糖激酶受如：肝中的磷酸果糖激酶受高浓度高浓度ATPATP的抑制，的抑制，ATPATP可降低该可降低该酶对酶对F-6-PF-6-P的亲和力，是由于的亲和力，是由于ATPATP结合到酶的一个特殊的调控结合到酶的一个特殊的调控部位上，调节部位不同于催化部位。但是部位上，调节部位不同于催化部位。但是ATPATP对该酶的变构对该酶的变构抑制作用可被抑制作用可被AMPAMP解除，因此解除，因此ATP/AMPATP/AMP的比例对该酶有明显的的比例对该酶有明显的调节作

60、用；调节作用；v H H+浓度浓度对酶活性的影响，当对酶活性的影响，当pHpH下降时，下降时，H H+对该酶有抑制作对该酶有抑制作用，在生物体内有重要的生物学意义，因为通过它阻止整个用，在生物体内有重要的生物学意义，因为通过它阻止整个酵解途径的继续进行，从而防止乳酸的急剧形成；这又可以酵解途径的继续进行，从而防止乳酸的急剧形成；这又可以防止血液防止血液pHpH的下降，有利于避免酸中毒。的下降，有利于避免酸中毒。v 磷酸果糖激酶有磷酸果糖激酶有三种同工酶三种同工酶：同工酶：同工酶A A存在于心肌和骨骼中，存在于心肌和骨骼中，同工酶同工酶B B存在于肝和红细胞中，同工酶存在于肝和红细胞中，同工酶C

61、 C存在于脑中。存在于脑中。4.Cleavage of fructose 1,6-bisphosphate 1,6-二磷酸果糖醛缩酶催化的反应G0为+24kJ/mol，反应易于向左进行，这是醛缩酶醛缩酶名称的由来。凡是连接两个羰凡是连接两个羰基化合物，例如一个醛和一个酮化合物形成一个醛醇化合物基化合物，例如一个醛和一个酮化合物形成一个醛醇化合物就是就是醛缩反应醛缩反应。在正常生理条件下，由于3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，大大降低了细胞中3-磷酸甘油醛浓度，从而驱动反应向裂解方向进行。Aldolase(醛缩酶醛缩酶),named for the reverse reaction catalyz

62、es the cleavage(“lysis”)of fructose 1,6-bisphosphate from the middle C-C bond to form two 3-carbon sugars,dihydroxyacetone phosphate and glyceraldehyde 3-phosphate;this is a reversal aldol condensation reaction.作用机制作用机制v F-1,6-2PF-1,6-2P的羰基与酶活性部位赖氨酸的的羰基与酶活性部位赖氨酸的e e氨基发生反氨基发生反应，形成一个亚胺阳离子，即质子化的西佛碱应，形成

63、一个亚胺阳离子，即质子化的西佛碱v C3C3和和C4C4发生发生醇醛断裂醇醛断裂形成酶的烯胺中间体并释放出形成酶的烯胺中间体并释放出甘甘油醛油醛-3-P(GAP)-3-P(GAP)v 西佛碱的烯胺发生异构，形成亚胺阳离子西佛碱的烯胺发生异构，形成亚胺阳离子v 亚胺水解放出亚胺水解放出二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸，又形成了游离的酶，又形成了游离的酶v 有两类醛缩酶：有两类醛缩酶：I I类醛缩酶，存在于动物与植物中，以类醛缩酶，存在于动物与植物中，以及及IIII类醛缩酶，存在于真菌和细菌中；类醛缩酶，存在于真菌和细菌中；5.Interconversion of the triose phosphate

64、Triose phosphate isomerase converts dihydroacetone phosphate to glyceraldehyde 3-phosphate;磷酸三碳糖中只有磷酸三碳糖中只有3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛能继续进入酵解途径。磷能继续进入酵解途径。磷酸二羟丙酮可在酸二羟丙酮可在磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶的催化下迅速转化成的催化下迅速转化成3-3-磷磷酸甘油醛。酸甘油醛。（五）五）二羟丙二羟丙酮磷酸酮磷酸转变为转变为甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 丙糖磷酸丙糖磷酸异构酶异构酶单烯二羟负离子中间体单烯二羟负离子中间体六、酵解第二阶段的反应六、酵解第二阶段的反应6.

65、Oxidation of glyceraldehyde 3-phosphate to 1,3-bisphosphoglycerate v Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase catalyzes first the oxidation and then the phosphorylation of glyceraldehyde 3-P to form glycerate 1,3-bisphosphate,an acyl phosphate(酰基磷酸酰基磷酸);the phosphate group linked to the carboxyl gro

66、up via a anhydride bond has a high transfer potential.（一）甘油醛（一）甘油醛-3-3-磷酸氧化成磷酸氧化成1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸脱氢酶脱氢酶 砷酸盐是磷酸的类似物，可以代替磷酸结合到甘油砷酸盐是磷酸的类似物，可以代替磷酸结合到甘油酸的酸的1 1位，并很快水解，使得不能形成位，并很快水解，使得不能形成1,3-1,3-二磷酸甘油酸，二磷酸甘油酸，不能产生不能产生ATPATP，导致解偶联。，导致解偶联。甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸糖酵解中唯一的糖酵解中唯一的脱氢反应脱氢反应磷酸甘油醛脱氢酶活性位置上半胱氨酸残基的-SH基是亲核基团，它与醛基作用形成中间化合物，可将羟基上的氢氢移至与酶紧密结合的NAD+NAD+上，从而产生NADHNADH和高能硫酯中间物高能硫酯中间物。然后NADHNADH从酶上解离下来，另一个NAD+与酶活性位置结合，磷酸攻击硫酯键就形成1，3-二磷酸甘油酸。碘乙酸碘乙酸和重金属可强烈抑制磷酸甘油醛脱氢酶的活性。因为碘乙酸可与-S